水下光通信数据传输技术研究

水下光通信技术的研究与应用

近年来，随着科技的快速发展，人类对海洋领域的研究越来越深入，其中水下光通信技术无疑是一个热点话题。水下通信是指在水下传递信息和信号的过程，它广泛用于海洋观测、海洋资源开发和资源调查等领域。而光通信技术则是一种高速、节能且可靠的通信方式，是一种水下通信技术的重要发展方向。本文将探讨水下光通信技术的研究与应用现状及未来展望。

一、水下光通信技术的研究现状

目前，水下光通信技术被广泛运用于科研、商业以及军事领域。在科研领域，水下光通信技术在海洋观测、环境监测等应用中发挥着重要的作用。同时，水下光通信技术也被广泛应用于商业领域，比如水下设备的通信控制、海洋油气勘探等领域。在军事领域，水下光通信技术同样发挥着重要的作用，比如水下潜艇通信、水下情报传递等。因此，水下光通信技术在现代社会中具有极其广泛的应用前景。

不过，水下光通信技术的研究也存在一些挑战。首先，水下光信号的弱化受到水下环境因素的影响，如海水杂质、氧化剂、热膨胀等，这些因素都会导致光信号的衰减。其次，水下光通信受到信道噪声和多路径干扰的影响，难以保证其安全和可靠性。此外，水下光通信的传输距离也受到限制，因为光在水中传输时其能量也会在水和大气之间发生转移。

二、水下光通信技术的应用现状

近年来，随着科技的发展，水下光通信技术得到了广泛应用。

(一) 海底光缆

海底光缆是一种应用最广泛的水下光通信技术。海底光缆内部运用的是光纤通信技术。海底光缆能够在斜率较大的海底中传输光信号，而且距离也更远。目前，海底光缆已经成为联接世界各地的主要网络之一，而且运用渐渐扩展到了海洋石油勘探、环境监测、海底地震观测等领域。

(二) 水下无线光通信

水下无线光通信是指利用水下光通信技术在水下传递数据和信息。水下光通信短距离通信情况下，水下无线光通信更加适用。水下无线光通信技术可以用于水下机器人控制、水下设备的通信控制等领域，这是水下光通信技术应用的另一大亮点。

计算机科学２００７Ｖｏ１．３４Ｎ０．１　

基于ＤＭＢ手机ＥＰＧ系统的ＸＭＬ数据存储与传输技术研究　）　

吴君林许龙飞赵聚雪司徒浩臻　

（暨南大学计算机科学系　广州５１０６３２）　

摘要数字多媒体广播电子节目指南（Ｄ　ＥＰＧ）是数字电视行业内一项重要的应用，也是用户通过手机获取节目　信息的必不可少的工具。在ＤＭＢ　ＥＰＧ系统中，减小文档大小、改善传输性能非常重要。本文探讨了ＥＰＧ系统的　

ＸＭＬ数据存储技术和基于传输性能的ＸＭＬ数据编码问题　在分析研究ＤＭＢ　ＥＰＧ协议原理的基础上，设计和实现　了ＤＭＢ　ＥＰＧ系统的ＸＭＬ数据存储和二元编码过程，并对三种编码方案的性能进行了分析比较。　

关键词数字多媒体广播，电子节目指南，纯ＸＭＬ数据库，－－％ＸＭＬ　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ＸＭＬ　Ｄａｔａ　Ｓｔｏｒａｇｅ　ａｎｄ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＤＭＢ　ＥＰＧ　

ＷＵ　Ｊｕｎ－Ｌｉｎ　ＸＵ　Ｌｏｎｇ－Ｆｅｉ　ＺＨＡＯ　Ｊｕ－Ｘｕｅ　ＳＩＴＵ　Ｈａｏ－Ｚｈｅｎ　

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｊｉｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０６３２）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ　Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｐｒｏｇｒａｍｍｅ　Ｇｕｉｄｅ（ＤＭ　ＥＰＧ），ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉｇｉｔａｌ　ＴＶ　ａｎｄ　ａｎ　ｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｙ　ｔｏｏｌｓ　ｆｏｒ　ｕｓｅｒｓ　ｔｏ　ｋｎｏｗ　ａｂｏｕｔ　ｐｒｏｇｒａｍｓ　ｂｙ　ｍｏｂｉｌｅ　ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ＤＭＢ　ＥＰＧ　ｓｙｓｔｅｍ．　ｉｔ’ｓ　ｖｅｒｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｄｏｃｕｍｅｎｔ　ｓｉｚｅ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．　ＸＭＬ　ｄａｔａ　ｓｔｏｒｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｂａｓｅｅｌ　ｏｎ　ＥＰＧ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ＸＭＬ　ｄａｔａ　ｅｎｃｏｄｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｓｔｕｄｙｉｎｇ　ａ　ｓｅｒｉｅｓ　ｏｆ　ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ，ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ＤＭＢ　ＥＰＧ。ｔｈｅ　ＤＭＢ　ＥＰＧ　ＸＭＬ　ｄｏｃｕｍｅｎｔ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｓｃｈｅｍｅ　ａｎｄ　ｂｉｎａｒｙ　ｅｎｃｏｄｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｅｎｃｏ—　ｄｉｎｇ　ｓｃｈｅｍｅｓ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｒｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ＤＭ咀，ＥＰＧ，Ｎａｔｉｖｅ￣ＸＭＬ　ｄａｔａｂａｓｅ，１３ｉｎａｒｙ　ＸＭＬ　

水下通信技术现状及趋势

作者：何昫 张德 张峰 吴宇航 查文中

来源：《中国新通信》 2018年第8期

海洋中蕴含着丰富的物质资源，是各国的必争之地，无人潜行器对军民两个应用领域都具有较高的潜在价值。而水下通信技术是无人航行器工作的必备条件，由于其通信空间受到传输介质的制约，一直是国际上研究的热点问题。其中包括光通信技术、声光复合通信技术、移动网络通信技术等，新材料的出现也在提升了传输载荷在某些方面的特性，为水下通信开辟了新道路。

一、水下光通信技术

水下光通信包括两种方向：有线光通信和无线光通信。有线光通信是指在海底铺设光缆作为通信载体，海水可防止外界光磁波的干扰，所以，海缆的信噪比较低，由于，光信号的传播速度接近光速，因此，几乎没有延迟，且光缆的寿命较长可达25 年。无线通信是指海水对蓝绿激光的衰减比对其它波段光的衰减小很多，多采用这种方式，也有提出采用紫外线的通信方式。光通信的优势包括：光波频率高，承载信息能力强；传输速度快；抗干扰能力强；方向性强等。

二、声光复合通信技术

光纤传输是一种以光导纤维为介质进行的数据、信号传输技术，现今已被应用到水下通信领域，复合水声信号的光纤传输系统是利用光电混合缆中光纤、电缆共存的结构，通过光纤向接收设备传输接收的多路声信号，包括压力、磁、温度等辅助传感器数据，再用光纤，把控制水下基阵的指令及控制等指令发送给水下载体。通过电缆，向水下载体端发射用于水下发射换能器的高压大功率电脉冲信号。基于Manchester 编码技术，可有效提高对海量数据的双向稳定传输，是一种较可靠的水下声光复合通信方式。

三、移动网络技术

水下移动通信网络是由一系列可自由移动的节点组成，摆脱物理环境的制约，可达到任何位置，同时，提高了节点的使用率。水下传感器网络是通过人工抛撒的方式将其布放于目标海域，每个节点根据预先编制的网络协议，采用自组织的方式形成传感器网络。按照网络体系结构可划分为：水下二维网络、水下三维立体网络和水下移动网络。

第六章水下光通信技术

海洋区域的划分

 海底带：海洋底部

 远洋带(浮游带)：从海床延伸到海面的区域

 浅海带：浮游带一部分，高潮线离海底200m的范围

海洋带：水深超过200米

 透光层-海洋顶层，接收99%的阳光，海面到接收1%阳光的范围

 弱光层-约1km深，阳光非常微弱几乎不能进行光合作用

 无光层-没有太阳光

水下无线通信

 海洋观测系统的关键技术

 可采集有关海洋学的数据，监测环境污染、气候变化、海底异常地震火山活动，探查海底目标，及远距离图像传输

 军事应用

 水下传感器网络的关键技术

 水下电磁波通信

 水声通信

 水下光通信

 海水具有导电性质，对电磁波起屏蔽作用

 海水中含多种元素，绝大多数处于离子状态，Na+，K+，Ca++，Mg++，SO4--，CO3--，Cl-，HCO3- 8 种离子占海水中溶质总量99%以上

 电导率随海区盐度、深度、温度而不同，为3~5S/m，工程上一般取其平均值：4S/m，高于纯水的电导率5~6 个数量级

 对平面电磁波海水是有耗媒质，导致平面电磁波在海水中的传播衰减较大

 频率愈高，衰减愈大，穿透深度愈小

 100Hz穿透深度约为25m，0.34dB/m

 10kHz穿透深度仅为2.5m ，3.4dB/m

 电磁波信号送到较大深度需适当降低工作频率

 岸对潜单向通信：从甚低频的几十kHz降到超低频的100Hz 以下，实现100m 的收信深度

 发射设备规模宏大，占地面积以平方千米计，发射机输出功率从几百千瓦到数兆瓦，通信距离可达数千千米甚至超过万米，但收信深度都较浅，甚低频通信的收信深度仅几米至几十米，超低频通信的收信深度也仅百米左右

水声通信

 声波在海面附近的典型传播速率为1520m/s，比电磁波的速率低5个数量级。与电磁波和光波相比较，声波在海水中的衰减小得多，是一种有效的水下通信手段。

 声能量的传播损失